工业冷却水基础知识

冷却水系统的主要问题
• 冷却水系统常见的问题：
– 腐蚀 – 结垢 – 微生物
• 上述问题会导致：热交换能力差；设备寿命缩短；设备运行故障；产能下 降；增加了维护费用；工厂停车
冷却水系统的主要问题
腐蚀问题
• 所谓腐蚀，即金属和它所存在的环境之间的化学或电化学反应而引 起金属的破坏现象。阳极反应是铁溶解过程，2Fe→2Fe2++4e，阴 极是氧的还原O2+2H2O+4e→4OH-。
工业冷却水基础知识
• 冷却水的基本知识 • 冷却水系统的类型 • 冷却水系统的三大问题
冷却水的基本知识
为什么要使用冷却水？
• 水源充足、使用方便、便宜 • 流动容易、泵打循环 • 常温条件下不膨胀 • 不会分解 • 水可以携带比任何别的物质都多的热量，可广泛用于工业冷却 • 温度上升很小 • 环境影响最小
碱度 • 碳酸根和碳酸氢根离子 • 和硬度离子会生成沉淀（如碳酸钙） • 需要保持一定的范围 • 碱度高：垢/沉积 碱度低：腐蚀
冷却水系统的简介
• 冷却水系统的类型
• 冷却过程 冷却水系统的目的是将热量从一个物体转移到另一个物体 放出热的介质叫做被冷却体 吸收热的介质叫做冷却体
• 典型的工业冷却水系统类型： 直流水系统 闭路循环系统 开路循环系统
冷却水系统的主要问题
腐蚀问题
• 腐蚀的类型 均匀腐蚀 电偶腐蚀 缝隙腐蚀 孔蚀 选择性腐蚀 冲击性腐蚀
• 地下水
溶解固体高 悬浮物低 高的铁和锰 氧气含量低，可能含有硫化气体 水质和水温波动不大
冷却水的基本知识
水质指标
PH • 测试水中的氢离子浓度。氢离子上升，PH下降；氢离子下降，PH
上升 • PH为7，意味着中性水 • 水中氢离子和氢氧根离子的平衡 • 保持好的PH控制，有益于冷却水系统运行 • 低PH：腐蚀； 高PH：结垢
冷却水系统的主要问题
腐蚀问题
影响腐蚀的因素：PH；温度；溶解固体；系统沉积；水流速；微生物 繁殖
• PH↓ 腐蚀↑
• 温度升高，腐蚀加快，通常温度每升高17。F，化学反应速度加倍 • 溶解固体↑腐蚀↑，溶解固体完成阴极与阳极间的溶质传输，系统沉
积， 阳极的垢下腐蚀坑加速 • 水流速太慢易沉积，太快易冲蚀 • 微生物繁殖引起沉积，排泄物易导致腐蚀
冷却水系统的简介
开路循环水系统
• 冷却塔是开路循环系统中主要的设备之一，冷却塔用来冷却换热器中排出 的热水。在冷却塔中，热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下 向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在气水接触过程中， 进行热交换，使水温降低。
• 两种典型的开路循环冷却塔 自然通风 机械通风
• 主要问题 • 腐蚀：腐蚀产物生成，淤积：小喷嘴、喷口、阀门 • 微生物繁殖/堵塞 • 通常在密闭系统垢的问题很少
冷却水系统的简介
开路循环水系统 开路循环系统是冷却塔暴露空气中。水流经冷却塔，从过程中携带的热量 通过蒸发而释放。冷却水重新回到热交换器交换更多的热。 例：喷洒池塘、冷却塔、凝汽器
• 特点：温差 11.1~16.7 ℃；水使用量：中等 • 热交换器形式
冷却水的基本知识
为什么水是最佳的冷却？
• 可以溶解其接触的任何东西：金属、泥土、砂石 • 独特的溶解能力使水具有 “万能溶液”之称 • 水中的三种不纯物：溶解固体（钙、镁、钠等）、溶解气体（二氧化碳、 一
氧化碳等） • 悬浮物（黏土、砂等）
冷却水的基本知识
• 水的来源
ຫໍສະໝຸດ Baidu• 表面水
溶解固体低 悬浮物高 水质受天气和季节影响大
密闭循环水系统
密闭循环系统（闭路）通过不与大气接触的冷却水来去除热量，没有水份 的蒸发 例：涡轮机发电机组、发电机、内燃机、或有特殊要求的单台换热设备
• 特点： 平均温差 10~18 。F （ 5.6~10 ℃）；水的使用量：少 在高热负荷系统、水不是很充裕的情况下使用密闭循环系统效果好：
• 理论上系统没有水损耗 • 水的泄漏发生在膨胀箱、焊头和阀门
冷却水系统的简介
直流冷却水系统
• 最简单的冷却方式 • 水只经过热交换器一次 • 水排放到初始的补水源，水源通常为海水、湖水、或河水 • 没有循环——水中的离子成分保持不变 • 例：饮用水系统、工艺过程水、常见工业
• 特点： 平均温差 4.4~5.6 ℃； 需使用大量的水来达到冷却的效果; 大量的水排放排放水回到同样的补水源，但是在不同的地点以避免 循环
冷却水系统的简介
直流冷却水系统
优势：
• 低运行费用：泵和热交换 • 水温变化小
劣势：
• 需要大量的水 • 环境问题：热污染 • 操作费用大
考虑因素
• ⑴环境 取水/排放限制 工厂通过增加压力来减少水的使用量
• ⑵原则 水必须保证最低生产需求 能力：可行的水源供应需求 水质：枯水期水质问题
冷却水系统的简介
• 在冷却水系统中，腐蚀主要以氧腐蚀为主，这种腐蚀反应在敞开式 循环冷却水系统中引起的危害，除了使系统的输水管线、水冷设备 的寿命减少及损坏等直接的损失之外，同时由于腐蚀产生的锈瘤， 也会引起水冷器传热效率下降或管线阻塞等结垢障碍，一般在冷却 水系统中，如不使用化学处理方法，碳钢的腐蚀速度，一般平均腐 蚀率在70-150mg/dm2..day范围之内，但发生点蚀的部位腐蚀速度 可达到平均腐蚀率的2-10倍。
开路循环系统的工作原理基于两点：热交换和蒸发 a、热交换 热从一种物体交换到另一种物体的过程 b、蒸发 热的冷却水将热释放到大气中的过程；这样，重新冷却下来的水可以回到
热交换器密闭循环水系统
密闭循环系统（闭路）通过不与大气接触的冷却水来去除热量，没有水份 的蒸发 例：涡轮机发电机组、汽车水箱、冷却水系统
电导率 • 是用来表示水中离解成分的导电性能，它与水中总离解成分的总浓
度、离子价数、各种离子的相对浓度‘迁移度、温度等条件有关 • 纯水没有导电性 • 离子升高、电导率也升高 • 与水中的溶解固体成正比 • 钙、镁、碱度、硅、钠电导率腐蚀/结垢趋势
冷却水的基本知识
水质指标
硬度 • 钙和镁的总和 • 硬度离子会与其它离子如碳酸盐、磷酸根和硫酸根反应 • 在热交换器有析出和生成沉积的趋势 • 钙/镁的溶解度与温度成反比 • 生成硬度沉积的趋势受碱度影响